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研究成果

公開日:2017.07.25

カーボンの中に金属が規則配列した触媒-CO2削減や燃料電池の白金代替に期待-

研究成果 工学

 東北大学多元物質科学研究所の西原洋知准教授、九州大学先導物質化学研究所の谷文都准教授、大阪産業技術研究所の丸山純研究主任、兵庫県立大学大学院工学研究科の松尾吉晃教授らを中心とする研究グループ)は、錯体結晶のように規則正しい骨格構造をもち、その中に金属原子が埋め込まれた新規炭素系触媒を開発しました。
 金属有機構造体を含む錯体結晶においては緻密な構造設計により高活性な触媒が開発されていますが、熱や薬品に弱いことや導電性が無いといった欠点がありました。金属を含有する炭素系触媒では反対に、熱や薬品に強く、導電性を持つ利点がありますが、構造が乱雑であるため活性を高くできないことが問題でした。今回の研究では、錯体結晶のように規則的な構造をもつ金属含有炭素系触媒の合成ルートを発見しました。本手法により、触媒活性を発現する化学構造を持ちながら、炭素材料の利点である耐熱性、耐薬品性、導電性を兼ね備えた新材料の合成が可能となるため、CO2転換触媒、燃料電池用の白金代替触媒をはじめとする様々な新規触媒の開発に繋がるものと期待されます。
 本成果は、平成29年7月24日(月)午前10時(イギリス時間)にNature Communication誌にてオンライン公開されました。

図1 (a) 従来の炭素系触媒の調製方法と、(b) 本研究の手法

図2 OCFの調製スキーム:(a) 前駆体の錯体結晶の構造、(b)は(a)を構成する錯体分子の構造、(c)は(a)の熱重合により生じる結晶性高分子の構造、(d)は(c)のTEM写真、(e)は(c)の炭素化により生じるOCFの構造、(f)は(e)のTEM写真。(a, c, e)の構造図中、炭素は黒色、窒素は緑色、水素は水色で示し、Niは紫色の球で表している。

図3 従来の錯体系触媒および炭素系触媒と、OCFの触媒としての比較

論文情報

Synthesis of ordered carbonaceous frameworks from organic crystals ,Nature Communications,
10.1038/s41467-017-00152-z

研究に関するお問い合わせ先

谷 文都 准教授 先導物質化学研究所

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